SLS 3Dプリント完全マスター：技術・材料・実用途

選択的レーザー焼結（SLS）は、部品の設計・生産方法を変革した革新的な積層造形（3Dプリント）技術です。SLSは強力なレーザーで熱可塑性粉末を体系的に焼結し、層ごとに部品を造形します。アンダーカットや内部構造など、他の製造法では難しい複雑なプラスチック部品を、SLS 3Dプリントならほぼ後処理なしで容易に作れます。また、ナイロン、ポリプロピレン、熱可塑性ウレタンなど幅広い熱可塑性材料が使用可能です。積層造形（AM）手法として、SLSは製品開発と試作プロセスを効率化しただけでなく、小〜中ロット生産のあり方にパラダイムシフトをもたらしました。

選択的レーザー焼結 3Dプリントとは？

選択的レーザー焼結（SLS）はPBF 3Dプリント技術の一種です。レーザーでプラスチック粒子を層ごとに焼結し、3Dプリント部品を完成させます。SLSは通常プラスチックを用い、粉末自体が十分な支持となるためサポート構造が不要です。

SLSはまず、プラスチックの融点直下まで加熱したベッドプレート上に薄いプラスチック粒子層を分散させます。リコーターが所定厚さで材料層を敷きます。レーザーをスキャンミラーへ導き、部品断面をトレースして粒子を焼結。1層完了ごとにプリントベッドが下がり、新たな粉末層を前層上に堆積。これを部品完成まで繰り返します。

SLS造形のペンホルダー

選択的レーザー焼結 3Dプリントの仕組み

選択的レーザー焼結は、プラスチックの融点直下まで加熱したベッドプレート上に薄いプラスチック粒子層を分散させることから始まります。リコーターが所定厚さで材料層を敷きます。レーザーをスキャンミラーへ導き、部品断面をトレースして粒子を焼結。1層完了ごとにプリントベッドが下がり、新たな粉末層を前層上に堆積。これを部品完成まで繰り返します。

SLSのメリットとデメリット

表1にSLS 3Dプリンター技術のメリット・デメリットをまとめます。

表1: SLSのメリットとデメリット

メリット	デメリット
粉末自体が材料を支持するためサポート材が不要。粉末排出経路さえあれば内部空洞も容易に造形可能。	FDM（溶解積層造形）など他技術に比べ利用可能材料が限られる。ナイロン、ポリスチレン、TPUが可能で、ナイロンが最も一般的。
SLSは一般に白・黒・グレーのナイロンを使用するが、造形後染色で多色化可能。	SLS部品は多孔質。個々のプラスチック粒子が完全に溶融して均質化するのではなく、粒子端部で焼結されるため間にボイドが残る。
レーザー焦点が極めて小さいため、非常に微細で高精細なフィーチャーが可能。0.75 mm以下のフィーチャーも造形できる。	未使用粉末の50%のみリサイクル可能。時間経過とともに材料廃棄が必要で、FDMやSLA（ステレオリソグラフィー）に比べ相対的に廃棄物が多い。
FDMやSLAに比べ造形が非常に高速。各層をほぼ瞬時に焼結できるため。	SLAやFDMに比べ技術コストが高い。コア技術がそれほど専門的でないそれらと異なり、材料焼結にレーザーが必要なため。

SLS造形材料

SLSの利用可能材料は限られ、ナイロンが最も一般的です。以下に各材料を示します。

1. ナイロン/PA11： 靭性があり、優れた耐衝撃性。PA11はPA12より高温耐性が高く、PA12より大きな変形に耐えてから破断する。
2. ナイロン/PA12： 剛性が高く、高強度、良好な耐薬品性、生体適合性。PA12はPA11より耐熱性が低い。SLS造形で最も一般的に使用される材料。
3. 充填ナイロン： PA11とPA12にガラス繊維やカーボンファイバーなどの充填材を添加し、熱的・機械的特性を向上。
4. 鋳造用ポリスチレン： 真空成形と砂型鋳造のマスターパターン用。靭性が低く融点も低く、機能部品向けではない。
5. TPUエラストマー： ゴムのような柔軟性、優れた靭性と耐摩耗性。ショアA硬度で硬度調整可能。

「この技術の美しさは、サポートなしで部品を造形できる点です。従来の3Dプリントではオーバーハングにサポート構造が必要ですが、SLSはもっとシンプル。宝探しのようです。粉末の中から部品を見つけ出し、ブラシで払うだけで完成します。」

Greg Paulsen
アプリケーションエンジニアリング ディレクター

SLS 3Dプリンターの主要構成要素

SLS 3Dプリンターの各部品は以下の通りです。

1. レーザー： （通常CO2レーザー）プラスチック粒子を相互に焼結するために使用。スキャンミラーで制御され、レーザーを層断面に沿ってトレースさせる。
2. 材料供給システム： すべての粉末を貯蔵。部品造形に合わせてリコーターへ材料を供給。
3. リコーター： 粉末供給システムから材料を引き出し、プリントベッド/前層上に敷き均す。
4. プリントベッド： 部品造形に合わせて下降（通常50〜200ミクロン/層、要求解像度による）。新しい部品層ごとに薄いプラスチック層をリコーターがベッド上に配置。
5. ヒーター： 造形ボリュームを高温に保ち、レーザーが粉末を焼結するために必要なエネルギーを低減して焼結プロセスを支援。

SLS 3Dプリント図解

SLS 3Dプリントに最適なレジン（材料）

SLSの利用可能材料は限られますが、その中で最良のものは以下です。

1. PA12（ナイロン）： 機械的、熱的、化学的耐性のバランスが良く、幅広い用途に最適。SLS造形で最も一般的な材料。
2. PA12CF（ナイロン）： カーボン充填ナイロンは、ベースナイロンの剛性、強度、硬度を大幅に向上させ、優れた強度重量比の高性能部品創製を可能にする。
3. TPUエラストマー： 優れた耐摩耗性と靭性を持つ柔軟部品の造形を可能にする。

SLS 3Dプリントに関するよくある質問

医療業界でのSLS 3Dプリント活用

患者の3Dスキャンに基づくカスタムフィット義肢の作製に使用されます。また、手術計画用の患者固有リファレンスモデル作製にも、3Dスキャンベースで活用されています。

ジュエリー業界でのSLS 3Dプリント活用

他工法では不可能な高精細モデルを作製し、鋳造用型の作成に使用します。特にポリスチレンなどを造形し、貴金属鋳造用型として活用します。

SLSプリンターは大型・高精細部品の造形が可能か？

はい、SLSプリンターは大型造形ボリュームを持ち、大型部品に対応可能です。精密レーザーを用いるため、超大型部品にも微細ディテールを組み込めます。

SLSとSLAの違い

SLS（選択的レーザー焼結）はレーザーでプラスチック粒子を焼結するのに対し、SLA（ステレオリソグラフィー）はレーザーで液状フォトポリマーを選択的に硬化させます。両技術とも高精細部品の造形が可能で、造形速度も比較的同等です。

まとめ

XometryはSLS 3Dプリント、CNC加工、射出成形、レーザー切断、板金加工など幅広い製造能力を提供しています。今すぐ即時見積りを取得してください。

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Dean McClements

Dean McClementsは機械工学のB.Eng Honors卒業で、製造業界で20年以上の経験を持ちます。Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yaleなど大手企業で重要な役割を担い、エンジニアリングプロセスとイノベーションへの深い理解を培ってきました。

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